Адгезия полиуретана к металлу

Обновлено: 16.05.2024

Изобретение относится к области гражданской продукции и касается способа изготовления металлических валов, облицованных по наружной поверхности износостойкой полиуретановой оболочкой. Способ включает подготовку металлической поверхности вала, нанесение адгезионного подслоя на подготовленную поверхность вала толщиной 50-150 мкм. В адгезионный подслой вводят мелкодисперсный порошок железа с размерами частиц 50-150 мкм, а компоненты адгезионного подслоя берут в следующем весовом соотношении: диаминный отвердитель/разбавитель - 1:1; эпоксидная смола (ЭС)/раствор диаминного отвердителя (РДО) 1:1-1,2:1; ЭС: РДО:ПЖ=1:1:2-1,2:1:3. Технический результат - увеличение адгезионной прочности. 2 табл.

Формула изобретения

Способ прочного соединения полиуретановой оболочки с металлической поверхностью вала, включающий подготовку поверхности, отличающийся тем, что перед нанесением на подготовленную рабочую поверхность вала адгезионного подслоя в него вводят мелкодисперсный металлический порошок (ПЖ) с размерами частиц 50 - 150 мкм при следующем содержании компонентов, весовое соотношение: диаминный отвердитель/разбавитель - 1:1; эпоксидная смола (ЭС)/раствор диаминного отвердителя (РДО) 1:1-1,2:1; ЭС:РДО:ПЖ = 1:1:2-1,2: 1:3.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства гражданской продукции (ГП) и касается способа изготовления металлических валов, облицованных по наружной поверхности износостойкой полиуретановой оболочкой. Необходимость повышения адгезионной прочности полиуретановой оболочки с металлической поверхностью вала связана с большими перегрузками, возникающими при их использовании в бумагоделательных машинах и других агрегатах и аппаратах. Эти нагрузки воздействуют на облицовку и в силу недостаточной прочности адгезии ее материала к стали отслаивают оболочку от металлической поверхности вала.

В товарах народного потребления, в частности в полиуретановых валах, используемых для эскалаторов метрополитена, для бумагоделательных машин целлюлозно-бумажной промышленности, для насосов нефте- и газодобывающей промышленности, а также для узлов машин в других областях техники, необходимо обеспечить надежное скрепление полиуретановой оболочки с металлической поверхностью вала. Именно этот шов, состоящий из различных материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения, является наиболее уязвимым при воздействии тепловых и механических перегрузок.

Известны агенты, повышающие адгезию металла (стали) к органическим высокомолекулярным соединениям (патент Японии 56-148364, кл. С 09 J 13/16, С 08 G 18/38), состоящим из сложных полиэфиров, поливинилхлоридов и др.

Агенты включают в себя также триолы с толуилендиизоцианатом и тетраметиленгликоль. Получают нагреванием до 150 o С до определенного содержания изоцианатных групп с последующим взаимодействием образовавшегося соединения с блокирующим агентом. Недостатком данного метода повышения адгезии является проведение реакции в несколько этапов в высокотемпературном режиме, дополнительная операция, включающая контроль изоцианатных групп в процессе реакции, синтез промежуточного продукта, затем проведение синтеза с блокирующим агентом. Данные агенты пригодны для обеспечения прочной адгезии металлов с резинами и не подходят для систем, где используются полиуретаны.

В известном патенте США 4120913, кл. 260-830 и кл. С 08 L 63/00 (прототип) используется эпоксидная клеевая композиция, состоящая из эпоксидной смолы и аддукта эпоксидной смолы с диаминами и порошкообразной эпоксидной смолой с размерами частиц 10-420 мкм. Затем эпоксидная смола смешивается с полученным аддуктом в соотношении 1:1-6:1 соответственно. Клеевая композиция отверждается в течение 24 ч. Известная клеевая композиция имеет длительный срок хранения и перерабатывается путем холодного формования в гранулы, бруски или в другие формы. Для дальнейшего использования клеевую композицию необходимо расплавить на разогретой поверхности и затем привести в контакт в горизонтальном положении. После охлаждения адгезив образует "термопластическое" соединение между двумя субстратами.

Данная клеевая композиция, обладая высокой адгезией к металлическим поверхностям, неудобна при нанесении ее на цилиндрические поверхности валов, деталей или узлов и не обеспечивает достаточную прочность адгезии к полиуретановым составам. Это является основным недостатком известной клеевой композиции.

Технической задачей настоящего изобретения является достижение надежного крепления металлической поверхности вала с полиуретановой оболочкой, формуемой непосредственно на валу.

Это достигается тем, что:
- в состав адгезионного полимерного подслоя введен мелкодисперсный металлический порошок железа с размерами частиц 50-150 мкм;
- подслой равномерно наносится на подготовленную рабочую поверхность вала толщиной 50-150 мкм;
- вал прогревается до 60 o С с целью равномерного распределения подслоя;
- адгезионный подслой после нанесения выдерживается при 150 o С в течение не менее 5 ч для его отверждения;
- валы с отвержденным адгезионным подслоем до покрытия их полиуретановой оболочкой хранятся в производственном помещении до 30 суток, при этом прочность адгезии его к полиуретановой оболочке сохраняется на первоначальном уровне.

Технологический процесс изготовления валов состоит из следующих операций:
- обработка рабочей поверхности вала одним из известных методов: "дробеструивание" или "пескоструивание";
- очистка поверхности вала от загрязнения, остатков песка и металлической дроби растворителями;
- приготовление адгезионного подслоя;
- нанесение адгезионного подслоя и его отверждение;
- приготовление полиуретанового состава для формования оболочки;
- формование оболочки путем заливки полиуретановым составом;
- отверждение основного полиуретанового состава.

Адгезионный подслой готовится в обычных вертикальных мешателях при 20-60 o С. Соотношение эпоксидной смолы и ароматического диамина составляет 1: 1-1,0: 1,5, разбавитель вводится для растворения диаминов в соотношении 1:1. Мелкодисперсный порошок железа с размерами частиц 50-150 мкм вводится в количестве 100-300 мас.ч. сверх 100 мас.ч. состава.

Целью настоящего изобретения является разработка адгезионного подслоя с повышенным уровнем эксплуатационных и технологических характеристик для надежного скрепления полиуретановой оболочки с металлической поверхностью вала.

Для компоновки и создания адгезионного подслоя была выбрана эпоксидная смола с содержанием эпоксидных групп в пределах 14-26% и подобрано такое соотношение компонентов, которое позволяет добиться сохранения текучести и живучести адгезионного подслоя в пределах 20-30 минут. Этого удалось добиться путем использования в адгезионном подслое сочетания эпоксидной смолы с содержанием эпоксидных групп в пределах 14-26%, с диаминным отвердителем и мелкодисперсным порошком железа. Это сочетание помимо обеспечения необходимой вязкости и живучести состава, одновременно обеспечивает высокую адгезионную способность полиуретановой оболочки к металлической поверхности вала. Из многочисленных опытов в предлагаемом адгезионном подслое определено количество каждого компонента, которые взяты в следующем весовом соотношении:
диаминный отвердитель (ДО):разбавитель (Р) - 1:1
эпоксидная смола (ЭС):раствор диаминного отвердителя (РДО) - 1:1 - 1,2:1
ЭС:РДО:ПЖ - 1:1:2 - 1,2:1:3
Использование мелкодисперсного порошка железа (ПЖ) различных фракций, так же, как и толщина подслоя, подбиралось экспериментальным путем. В таблице 1 приведены основные свойства предлагаемого адгезионного подслоя в зависимости от размера частиц используемого металлического порошка железа.

В таблице 2 приведены основные свойства предлагаемого адгезионного подслоя в зависимости от толщины нанесенного подслоя.

Технический результат предлагаемого способа изготовления валов или роликов заключается в обеспечении высокой адгезивной прочности между разнородными материалами "металл-адгезионный подслой-полиуретановый состав". Качество изготовления валов обеспечивает высокую надежность в течение всего гарантийного срока эксплуатации машин и агрегатов. Прочное скрепление металла и полиуретанового состава обеспечивается за счет активирования металлической поверхности адгезионным подслоем. Покрытия с использованием адгезионного подслоя имеют адгезию к металлу выше когезионной прочности основного состава полиуретановой оболочки. Контрольные образцы без адгезионного подслоя отслаиваются при небольшом усилии (0,5-1,0 кгс/см 2 ).

Предлагаемый способ внедрен на опытно-химическом заводе ГУП НИИПМ при изготовлении валов для метрополитена, валов для бумагоделательных машин целлюлозно-бумажной промышленности, для поршневых насосов нефте- и газодобывающей промышленности и др.

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления валов обеспечивает надежное крепление полиуретановой оболочки к металлической поверхности валов или роликов, тем самым гарантируя безотказную работу машин и агрегатов в течение всего срока их эксплуатации.

Полиуретановые однокомпонентные клеи: область применения и особенности

Однокомпонентный полиуретановый клей позволяет прочно скреплять разные материалы между собой: металл с полиуретаном, керамику, дерево, бетон, кирпич, пластик, стекло. Его используют для производства сэндвич-панелей, где слой утеплителя нужно соединить с металлической или деревянной плитой, а также в строительстве, автомобильной, корабельной промышленности, ландшафтном дизайне, при декоративных работах.

Компания «Химтраст» производит несколько видов смесей:

Двухкомпонентный VS однокомпонентный клей

В основе клеев твердые синтетические смолы. В состав однокомпонентного входит жидкий полиуретан вместе с изоцианатами. Когда они вступают в реакцию с воздушной влагой или водой, образуются мочевинные группы, которые влияют на прочность сцепления. Свойства однокомпонентного полиуретанового клея позволяют скреплять дерево, технику, обувь. Его не нужно смешивать, клей полностью готов к использованию. Такие составы применяют на небольших производствах.

У двухкомпонентного ПУ-клея время полимеризации составляет 10–20 минут. Поэтому его используют на заводах, где процесс соединения материалов контролируется автоматически.

Состав и свойства однокомпонентного полиуретанового клея

За счет полиуретана и смол клей при высыхании образует эластичную липкую пленку. Об этом говорит уровень вязкости, который измеряется в мПА·C. Чем эластичнее смесь, тем выше вязкость. Жесткость и вязкость полиуретанового клея можно менять. Для этого нужно изменить количество изоцианата. Клей может быть как эластичным, так и жестким и отвердеть за 10 или 180 минут.

Характеристики и преимущества

Характеристики однокомпонентного полиуретанового клея влияют на прочность сцепления.

Высокая адгезия: клей соединяет между собой даже разнородные материалы: дерево с металлом.
Устойчивость к влаге: применяют для гидроизоляции, может заменить герметик.
Устойчивость к грибкам и плесени.
Время отверждения около 20 минут: этого достаточно, чтобы подогнать склеиваемые детали друг к другу или установить фиксаторы.
Не требуется специальное оборудование: только ракля или шпатель.
Не содержит растворителей, которые выделяют вредные вещества в атмосферу, подходит для ремонтных работ в доме.
Цвет можно изменить: клей может быть белым, коричневым, желтым, черным, серым.

Условия использования

Состав однокомпонентного полиуретанового клея определяет принцип работы с ним. Например, «Химтраст ПУ-Клей для сэндвич-панелей (1К)» может использоваться как при -45 °С, так и при +100 °С. «Химтраст для резиновой крошки (1К)» проявит свои свойства только при температуре от 15 до 30 °С.

Рекомендуем работать с однокомпонентным полиуретановым клеем при плюсовой температуре. Тогда процесс отвердевания будет происходить быстрее: ждать полного скрепления материалов нужно меньше суток.

Если на смесь воздействовать механически, вязкость будет разжижаться, а в состоянии покоя — сгущаться. Поэтому перед тем как начать использовать склеенное изделие или поверхность, стоит дождаться отвердевания.

Технология нанесения однокомпонентного полиуретанового клея

Перед нанесением однокомпонентного полиуретанового клея поверхность нужно выровнять, загрунтовать, очистить от грязи и пыли. Для этого можно использовать растворители ацетон или толуол.

Различают три способа нанесения смеси на поверхность:

Холодный способ применяют при соединении однородных и разнородных деталей, например, обуви, пластика и дерева, металла и утеплителя. На обе поверхности нужно равномерно нанести слой полиуретана, подождать 10 минут, нанести второй слой, через 3 минуты плотно прижать поверхности друг к другу и зафиксировать на 5 минут.

Мокрый способ используют при изготовлении сэндвич-панелей. После того как на поверхность нанесли состав, ее нужно увлажнить, затем прижать под большим давлением. Обычно для этого применяют прокатный пресс. Влага заставляет клей пениться, что способствует образованию более плотного клеевого шва.

Горячий способ нужен при производстве резиновой плитки или брусчатки. Поверхности покрывают клеем или перемешивают с ним вещества, а затем на 15–20 минут отправляют под пресс при 120–140 °С.

Правила работы

Перед склеиванием нужно очистить поверхность.
Работать только в маске, специальной одежде, которая закрывает все участки тела, в перчатках, обуви.
Руководствоваться правилами СНиП III-4-80.
Подготовить тару, застелить поверхность, на которой будут соединяться материалы, защитной пленкой.
Согласно технологии нанесения полиуретанового однокомпонентного клея, использовать ракель, шпатель или кисть.
Наносить смесь равномерным однородным слоем в небольшом количестве.
После нанесения подождать 5 минут, затем скрепить поверхности под давлением. Остатки клея удалить ножом.
Приступать к эксплуатации изделия через 24 часа.

Больше о работе с клеем можно узнать из статьи.

Хранение полиуретанового клея

Вещество можно держать в закрытой таре в темном, сухом месте при температуре +10 — +30°С от полугода до двух лет. Нельзя допускать попадания солнечных лучей, огня, влаги. После вскрытия упаковки клей хранить не более полугода. Если он не был полностью израсходован, закрыть тару, обмотать сверху пленкой. На поверхности клея может появиться полимерная пленка, которую нужно удалить перед использованием. В сертификате однокомпонентного полиуретанового клея описаны детальные условия хранения.

Свойства полиуретанового однокомпонентного клея позволяют прочно скреплять между собой разные поверхности. Вид материала поможет определиться с типом полиуретановой смеси и выбрать способ нанесения: горячий, холодный или мокрый. Вещество хранить в закрытой таре, а также защищать от попадания солнечных лучей.

Полиуретановые клеи

Склеивание представляет собой важнейший технический прием, без которого производство множества товаров было бы невозможно. Однако оно представляет только один из множества других способов совмещения различных материалов и конкурирует с такими методами, как сварка и резьбовые соединения. Некоторые преимущества склеивания очевидны. Детали, подлежащие соединению, не повреждаются вследствие температурного воздействия (сварка) и не ослабляются за счет отверстий (резьбовые соединения). Склеиваться вместе могут самые разнообразные материалы. Силы, действующие на совмещаемые поверхности, распространяются по всей площади, и склеивание вызывает лишь незначительное увеличение массы соединяемых деталей. Однако клеевые соединения обладают и некоторыми недостатками. Обычно склеиваемые детали не могут быть разделены без повреждения, а комбинация различных материалов приводит к затруднениям при их вторичной переработке (рециклинге).

Возможность соединения различных материалов приводит к получению продукции, ценность которой обусловлена комбинацией специфических свойств ее составляющих. К примеру, производство обуви. Без термически активируемых полиуретановых клеев модная и спортивная обувь имела бы совершенно другой вид, и сегодняшнее многообразие сложно структурированной спортивной обуви было бы недостижимо.

Полиуретановые клеи обладают хорошей адгезией ко многим субстратам. Это обусловлено не только силами физического притяжения, возникающими из-за близкого контакта между пленкой адгезива и субстратом. Адгезия может усиливаться за счет мостиковых водородных связей, которые полимеризующийся полиуретан может распространять на многие субстраты. Кроме того, имеющиеся в клеевой композиции свободные изоцианатные группы могут реагировать со следами влаги, присутствующими внутри или на поверхности субстрата.

Каждый клей должен сохранять текучесть в течение определенного времени, так чтобы его можно было нанести на части, подлежащие склеиванию. Клей смачивает поверхности субстратов и обеспечивает начальную адгезию, которая еще не является несущей (основной) силой, скрепляющей две части изделия. Клеевое соединение достигает необходимой силы за счет последующего отверждения.

Полиуретановые реактивные клеи.

Двухкомпонентные системы состоят из низкомолекулярных или предварительно слегка прореагировавших полиизоцианатных компонентов (изоцианатных преполимеров) и относительно низкомолекулярного полиольного компонента. Два компонента должны смешиваться друг с другом в определенном соотношении. После гомогенного смешивания OH- и NCO-компонентов начинается реакция ступенчатой полимеризации - отверждения с образованием уретановых групп. Время жизни в основном определяется реакционной способностью и функциональностью исходных веществ, наличием в композиции наполнителя и условиями переработки (температура, технология перемешивания). В качестве катализаторов используют амины или соли металлов, которые, присутствуя даже в малых количествах, сокращают время жизни. Те же самые параметры определяют и скорость отверждения. При комнатной температуре полное отверждение занимает от нескольких часов до нескольких суток. Этот процесс можно ускорить при нагревании и применении катализаторов, что зачастую увеличивает конечную прочность сцепления.

Характерные свойства сшитого полимера определяются структурой, длиной цепи и функциональностью реагентов, посредством концентрации уретановых и мочевинных групп, а также плотности химической сшивки. Этими свойствами являются прочность при растяжении, модуль, эластичность, температура размягчения и химическая стойкость.

Однокомпонентные системы состоят из жидкого полиуретана с изоцианатными группами (NCO-преполимер), который может быть подвергнут предварительной реакции, повышающий его молекулярную массу. Отверждение происходит за счет реакции свободных изоцианатных групп с атмосферной влагой воздуха или водой, присутствующей в субстрате, что обуславливает образование мочевинных групп. Скорость отверждения зависит не только от реакционной способности компонентов. Важными факторами являются также доступность воды и скорость ее диффузии.

Полиуретановые реактивные клеи используются во многих областях промышленности для склеивания как одинаковых между собой, так и различных материалов, например, стали с полиуретаном, приклеивание утеплителей из минеральной ваты и пенополистирола, соединение керамики, ПВХ, стекла, панелей МДФ, ОСП, ДСП, ДВП с деревом, бетоном, кирпичом.

Органоразбавляемые полиуретановые клеи на основе
гидроксилсодержащих полиуретанов.

Органоразбавляемые полиуретановые клеи, как правило, содержат гибкий полиуретановый полимер, растворенный в органическом растворителе. Таким способом твердый полимер может быть нанесен на субстрат. Растворитель способствует смачиванию, а затем испаряется, что является причиной физического затвердевания адгезива. Линейные гидроксилсодержащие полиуретаны на основе кристаллизующихся полиэфирных сегментов обычно перерабатываются как термически активируемые клеи. Благодаря кратковременному нагреванию до температуры, превышающей точку размягчения кристаллических полиэфирных сегментов, сухая нелипкая пленка, образовавшаяся после испарения растворителя, приобретает липкость и текучесть, требуемые для процесса совмещения. В этом состоянии клеевой слой может быть совмещен со вторым слоем путем небольшого давления, обеспечивающего образование гомогенного клеевого шва, который впоследствии физически отверждается благодаря повторной кристаллизации полимера. Изоцианатная сшивка. Для предотвращения размягчения термопластичной клеевой пленки при тепловом воздействии такие клеи часто выпускают в виде двухкомпонентной композиции, вводя изоцианатный отвердитель более высокой функциональности. Он существенно увеличивает температуру размягчения клеевого слоя и его адгезию к субстрату. Вначале клеевой слой физически отвердевает. Химическая сшивка требует несколько большего времени. Температура размягчения сшитого клеевого слоя значительно увеличивается, так же как и его устойчивость к растворителям, пластификаторам, миграции масел и жиров.

Клеи на основе высококристалличных сложных полиэфиров образуют прочный клеевой шов даже с ПВХ с высоким содержанием пластификаторов, что обуславливает их применение в обувной, мебельной и автомобильной промышленности. Продукты, содержащие менее кристалличные полиэфиры, характеризуются высокой эластичностью и лучшей адгезией к неполярным субстратам. Поэтому они используются для ламинирования пленок.

Несмотря на то, что органоразбавляемые клеи зачастую перерабатываются как однокомпонентные системы, рекомендуется дополнительно использовать изоцианатный отвердитель. Отверждение существенно повышает термостойкость клеевого шва, улучшает адгезию к субстрату и стойкость к гидролизу, растворителям, пластификаторам, маслам и жирам.

Полиуретановые воднодисперсионные клеи состоят из высокомолекулярного полиуретана, диспергированного в воде, который отверждается за счет испарения или миграции воды. По сравнению с органоразбавляемые клеями они обладают более низкой вязкостью и более высоким значением сухого остатка. Среди них преобладают продукты, предназначенные для термической активации склеивания. Они состоят в основном из линейных макромолекул, содержащих кристаллизующиеся сегменты сложного полиэфира.

После высушивания клей образует неблокированную пленку, которая должна быть активирована (декристаллизована) для соединения путем кратковременного теплового воздействия. Термическая активация делает пленку липкой, кристаллические полиэфирные сегменты полимера плавятся в туннельной печи или при инфракрасном облучении при температуре, превышающей минимальную температуру активации.

Как и в случае органоразбавляемых клеев, термоактивируемые полиуретановые воднодисперсионные клеи могут полностью могут полностью реализовать свой потенциал только в результате химической сшивки. Изоцианатные группы реагируют с реакционноспособными группа полимерной цепи. Таким образом, клеевой слой отверждается сначала физически, затем химически. Температуры размягчения и барьерные свойства сшитой клеевой пленки существенно возрастают. NCO-группы изоцианатного отвердителя медленно сшивают полимер в высушенной клеевой пленке. Это приводит к снижению липкости и текучести термоактивированнной адгезионной пленки с медленным повышением температуры. Клеевой слой должен быть термоактивирован и использован максимум в течение 8 часов после нанесения клеевой дисперсии.

Лучше всего термоактивация осуществляется путем короткого нагревания (шоковая активация, например, за счет ИК-излучения), поскольку субстрат при этом остается практически холодным. Временем горячей липкости называется период после окончания термоактивации, в течение которого пленка проявляет достаточную липкость и текучесть, требуемые для склеивания. Субстраты необходимо совместить в течение этого времени, которое может составлять от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от структуры полимера.

Термически активируемые продукты образуют очень прочный адгезионный контакт, особенно на поверхности субстратов, содержащих пластификатор. Они различаются по степени кристалличности, скорости кристаллизации и температуре активации. Продукты, которые быстрее кристаллизуются после тепловой активации, способны к более быстрому поглощению напряжений, возникающих в клеевом соединении после склеивания. Это свойство привлекает интерес при производстве мебельных фасадных панелей путем ламинирования декоративных пленок на волокнистые плиты МДФ. Нанесенная и высушенная пленка на плите МДФ активируется через предварительно нагретую декоративную пленку. После извлечения из ламинирующего пресса адгезионный контакт должен абсорбировать релаксационные напряжения декоративной пленки, которая подвергалась интенсивному разряжению на нескольких участках.

Продукты, которые медленнее кристаллизуются после активации, имеют больше времени открытой выдержки, что приводит к увеличению времени, в течение которого можно перемещать и соединять детали, что полезно при производстве обуви для приклеивания подошв.

Полиуретановые дисперсии с низкой температурой активации (40- 50⁰С) используют для склеивания субстратов, чувствительных к нагреванию.

В автомобильной промышленности процессы глубокого вакуумного формования используются в производстве ламинированных деталей интерьера. Предварительно нагретая ламинирующая пленка вытягивается вакуумом и приклеивается к отформованной детали, покрытой клеем.

Полиуретановые клеи-расплавы проявляют очень хорошие адгезионные свойства. Они представляют собой химически неактивные материалы в форме пленок или порошков на основе гидроксилсодержащих полиуретанов с кристаллизующимися полиэфирными сегментами. Используемые в температурном интервале от 60 до 130⁰С, они отверждаются физически в результате охлаждения и кристаллизации. В отличие от них, реактивные клеи-расплавы состоят из плавких полиуретанов с изоцианатными группами, которые являются твердыми при комнатной температуре. Они применяются при температурах от 100 до 140⁰С и в начале отверждаются физически, при охлаждении, а затем химически, свободные изоцианатные группы реагируют с атмосферной влагой с образованием полимочевинных структур. В зависимости от рецептуры, реактивные полиуретановые клеи-расплавы вулканизируются, образуя эластомерные слои от гибких до жестких и плотных.

Начальная прочность клеевого шва зависит от температуры субстрата, поскольку температура влияет на увеличение вязкости и повторную кристаллизацию адгезионной пленки в клеевом соединении.

Если субстрат слишком теплый, то начальная прочность клеевого соединения окажется слишком низкой. Если субстрат слишком холодный или очень быстро отводит тепло, то клей может слишком быстро отвердеть и перестанет прилипать к холодному носителю или смачивать детали, предназначенные для соединения. Для достижения окончательной прочности клеевого шва необходимо присутствие влаги. В зависимости от скорости диффузии влаги в клеевую пленку необходимо от 3 до 7 суток до окончательной вулканизации.

Одной из важнейших областей применения является ламинирование текстильных материалов. Адгезия достигается термической активацией нанесенного напылением порошка, экструдированной клеевой пленки или клеевого нетканого материала с последующим прессованием обоих субстратов. Еще одну область применения пленок на основе клеев расплавов можно найти в автомобильной промышленности, в отделке внешних текстильных полотен для процессов обратного формования или покрытий изоляционных пен оболочкой. Также клея расплавы используются при производстве верха обуви или предварительно покрытых поверхностных пленок для корпусной мебели.

Термоактивированные гидроксиполиуретановые порошки становятся липкими при очень низких температурах, поэтому они подходят для мягкого ламинирования термочувствительных субстратов, например, высококачественного текстиля. Благодаря хорошей текучести в активированном состоянии клеевой шов образуется даже при низком давлении и коротком времени выдержки. При этом опасность пробивания текстильной основы невелика.

Специально разработанные полиуретановые клеи-расплавы используются во многих областях: в переплетном деле, сборке и упаковке профилей в мебельной промышленности, производстве текстильных композитов и ламинатов, металлических дверей и перегородок офисов, сэндвич-панелей, оконных рам, автомобильных элементов освещения.

Адгезия в системе металл-полимер

Широкое применение в качестве адгезивов для металлов находят полимеры на основе фенольных, эпоксидных, полиуретановых смол.

Феноло-формальдегидные смолы содержат активные функциональные группы (гидроксильные), они были основой первых конструкционных клеев. Исходя из того, что отвержденные клеевые пленки из эпоксидного или феноло-формальдегидного клеев являются хрупкими, применительно к металлам используют композиции на их основе. Феноло-формальдегидные смолы модифицируют различными термопластами и эластомерами. Для их модификации применяют акрилонитрильные каучуки, полихлоропрен. Клеи типа БФ получили наиболее широкое распространение в качестве адгезивов для металлов. Их основой являются феноло-поливинил-бутиральные композиции. Модификация феноло-формальдегидных смол полиамидами позволяет получать высококачественные адгезивы. В феноло-формальдегидно-эпоксидных композициях при температуре 150-200 0 С эпоксидные группы взаимодействуют с фенольными и метилольными гидроксилами резольной смолы, что приводит к отверждению всей композиции.

Эпоксидные смолы применяют как адгезивы для металлов в несиловых конструкциях, а также в качестве различных композиций для конструкционных клеев, например, феноло-эпоксидных адгезивов. Широкое распространение получили композиции эпоксидных смол с полиамидами, полисульфидами, перхлорвиниловой смолой, поливинилбутиралем, кремнийорганическими полимерами и другими (23).

Практический интерес имеют олигомеры, полученные из дегидрохлорированных хлорпарафинов. Введение в эти олигомеры активных функциональных групп - эпоксидных и карбоксильных - позволяет их использовать в качестве основы для различных связующих и покрытий, имеющих высокую адгезию к металлам.

Значительно больший интерес для адгезионных систем представляет механизм взаимодействия полимерных адгезивов с оксидной пленкой. Благодаря этому, во многих случаях на границе полимер – металл могут возникать ионные связи. Чаще всего этот тип связи реализуется при контакте металлов с карбоксилсодержащими и гидроксилсодержащими полимерами. Между поверхностью металла, покрытой гидроксидной пленкой, и функциональными группами полимеров могут возникать химические связи.

Эпоксидные смолы с поверхностью металла реагируют по схеме:

Карбоксилсодержащие полимеры взаимодействуют с поверхностью металла за счет образования связей типа:

Me-O + RCOOH →Me-O-COR + Н₂О

Изоцианаты, реагируя с поверхностными пленками оксидов и гидрооксидов на поверхности металла, образуют связи типа:

MeOH + O=C=N-R → Me-O-C(=O)-NНR

Весьма распространенным видом взаимодействия на границе полимер-металл следует признать ион-дипольное взаимодействие и водородные связи.

Экспериментальный материал по склеиванию металлов полимерными адгезивами, нанесению на металлы лакокрасочных, электроизоляционных и других покрытий свидетельствует о том, что долговечность связи полимер-металл зависит во многих случаях от таких свойств полимеров, как термостойкость, коэффициент теплового расширения, влагостойкость, озоностойкость, морозостойкость, прочность, модуль упругости и др. Чем меньше различие коэффициентов теплового расширения полимера и металла, тем устойчивее оказывается адгезионное соединение полимер-металл к воздействию высоких температур. Напряжения, возникающие в процессе формирования клеевых соединений и покрытий, также влияют на долговечность связи полимер-субстрат.

Читайте также: